Изучение физических процессов, протекающих при модификации поверхности металла импульсом напряжения в сканирующем туннельном микроскопе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

СЛНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ I[аушю-иеследовательекий институт физики

Р Г б 0 й 11-'1 правах рукописи

2 7 ОКТ 1998

ДРОЗДОВ АНДРЕИ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ИМПУЛЬСОМ НАПРЯЖЕНИЯ В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ

Специальность 01.04.07 - Фпапка твердого тали

А I? Т О Р Е Чз Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических нам;

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в отделе электропики твердого тела Научно-исследовательского института физики Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Г.Г. Владимиров

Официальные опнонелты:

доктор физико-математических наук В.Н. Шредшп;

кандидат физико-математических наук Г.С. Жданов

Ведущая организации:

Институт Аналитического приборостроении РАН

Защита диссертации состоится 12 " ноября 1998 г. в \Т часов на заседании диссертационного совета Д063.57.32 но защите диссертации на соискание ученой степени доктор физико-математических паук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного упплергнтета.

Отзыим на автореферат ироо.ба высылать по адресу: 198904, Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновска« 1, 111111 Физики, ученый секретарь, Е.С. Семенова.

Автореферат разослан " ? " О«.^ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, д.ф.-м.н. В.А. Соловьев.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. В последнее время широкое развитие получила физика ннзкоразмерных структур. Интерес к этой области обусловлен потребностью дальнейшего усовершенствования элементной базы существующих электронных приборов п создания принципиально новых. Принципы работы таких приборов будут базироваться на физических процессах, имеющих' место в элементах с атомными размерами, что, но существу, означает переход от микроэлектроники к наноэлектроннке. Поэтому, наряду с дальнейшим усовершенствованием хорошо известной илаиарной технологии, все большее внимание привлекают методики, пенользукщие сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ), поскольку использование СЗМ сделало реальным достижение физически минимального размера создаваемых структур — атомного.

В настоящее время существует несколько способов модификации поверхности с использованием сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Основные из них можно условно разделить па три вида: механически», химическш"! и под действием сильного электрического ноля. Последний вид, реализующийся в СТМ при приложении к системе острпе-обралсц импульса напряжения, привлекает особое внимание.

К настоящему времени проведено довольно большое количество исследовании модификации поверхности импульсом напряжения и предложены разнообразные механизмы взаимодействия иглы СТаМ с поверхностью образца, такие как термический разогрев поверхности образца, нолевое испарение, поверхностная диффузия, стимулированная нолем, электрический контакт, электронно-стимулированная десорбция, элект|юми грация, стимулированные полем химические реакции, сублимация, индуцированная туннелированием электронов, и другие. Однако, окончательно понять физику процессов, приводящих к изменению морфологии поверхности, пока не удалось.

В связи с этим работы, направленные на углубление понимания физических процессов, протекающих при модификации поверхности, представляются весьма актуальными.

Цель диссертационной работы заключалась в исследовании физических процессов, протекающих при модификации поверхности металла в сканирующем туннельном микроскопе сильным электрическим полем, и изучении механизма, отвечающего за такую модификацию. Цель работы определила следующие основные задачи исследования:

— изучение зависимости вероятности образования наноструктур от амплитуды, полярности и длительности импульса напряжения в конкретных экспериментальных условиях и сопоставление с известными нз литературы результатами;

— изучение зависимости вероятности образования наноструктур от амплитуды имиулы'а напряжения для различных значений величины импеданса туннельного промежутка;

— выяснение и теоретическое обоснование механизма модификации поверхности металла в сканирующем туннельном микроскопе сильным электрическим нолем, исследование физических характеристик, определяющих ход процесса модификации.

Научная новизна работы заключается в том, что в рамках настоящего исследования на основании проведенных экспериментов и теоретических расчетов было получено следующее.

1. Впервые предложен механизм образования контакта между иглой и поверхностью металлическою образца. Он заключается в том, что вследствие протекающего эмиссионного тока в цепи игла-образец происходит разогрев вершины острия, что приводит к термическому расширению острия и соответствующему уменьшению туннельного промежутка.

2. Проведены расчеты напряженности электрического ноля для системы игла-образец, при малых расстояниях между электродами, позволившие рассмотреть тепловые режимы острия и поверхности.

3. Проведены эксперименты, подтверждающие, что приложение тшульса напряжения приводит к образованию электрического контакта между иглой и образцом.

4. Впервые обнаружен;! сильная зависимость величины критического напряжения, ниже которого изменение ¡морфологии поверхности не наблюдается, от количества протекающего заряда в цени игла-ображц.

5. Проведены расчеты эмиссионных характеристик в случае трапециевидно» формы потенциального барьера для электронов. Показано, что энергия, выделяемая на острие при эмиссии электрона за счет эффекта Нопингама, 1! случае транецпевндной формы потенциального барьера существенно выше, чем это имеет место в случае автоэлектроннон эмиссии.

Результаты экспериментов и проведенные расчеты позволили сформулировать защищаемые положения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Защищаются экспериментальные результаты, свидетельешующие о наличии электрического контакта между острием и поверхностью металла при приложении импульса напряжения, амплитуд а которого превышает пороговое значение.

2. Определяющим фактором в п|>оце<-ее модификации поверхности металла импульсом напряжения является величина количества заряда протекающего в цени острие-образец.

3. В случае трапециевидной формы барьера энергия, которая выделяется на острие при эмиссии электронов за счет эффекта Поттиигама, имеет значительно большую величину но сравнению с выделяющейся при автоэлектронной эмиссии.

4. Распределение ноля в системе острие-образец при расстояниях мною меньших радиуса кривизны острия таково, что площади эмиссии и плотности тока как при эмиссии электронов из иглы, так и при эмиссии с образца примерно

равны, чем и объясняется отсутствие существенной зависимости вероятности модификации поверхности металла от полярности импульса напряжения.

5. Механизм образования электрического контакта между острием и образцом п сканирующем туннельном микроскопе при приложении импульса напряжения заключается н термическом расширении привершинной части острия за счет ее разогрева током, протекающем в ценн пгла-образец.

В. При ультразвуковой очистке поверхности в режиме мягкой кавитации не происходит каких-либо изменении морфологии поверхности. Появление нарушении наблюдается при жестком режиме.

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность полученных результатов определяется хорошим совпадением части из них с известными нз литературы результатами, а также их хорошей повторяемостью. Предлагаемый механизм позволяет непротиворечивым образом объяснить имеющиеся оеобешюстн модификации поверхности металла импульсом напряжения в СТМ.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры электроника твердого тела СПбГУ, па 2-ой международной конференции NANO-II (Москва-1993), иа XXII конференции по эмиссионной электроники (Москва-1994), па 2-ой международной конференции Nanomeetiiig-II (Минск I99П ), на 9-ой международной конференции но вакуумной микроэлектронике (Ст.Петербург-1996), на всероссийском рабочем совещании "Зондовая микроскопия-97" (Нижпнй-Новгород, 1997), на всероссийском рабочем совещании "Зондовая микроскопия-98" (Нпжний-Новгород, 1998).

Публикации. Основные результаты исследовании опубликованы в 10 научных работах, список которых приведен в конце автореферата [2-11].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит пз введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 89 наименований. Объем работы составляет 134 страницы машинописного текста, включая 54 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна полученных результатов. Перечислены основные положения выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы.

В первой главе содержится обзор литературы, посвященной исследованиям модификации поверхности металлических образцов импульсом напряжения в СТМ. Проводится анализ существующих к настоящему времени экспериментальных данных о форме и размерах образующихся наноструктур, обсуждается зависимость вероятности образования наноструктур от параметров прикладываемого импульса напряжения.

Во второй главе представлен обзор возможных механизмов модификации поверхности образца в сканирующем туннельном микроскопе.

В ранних работах предполагалось, что при приложении импульса напряжения повышение температуры образца настолько велико, что становится возможным локальное термическое испарение вещества (образование лунки) или его плавление. В последнем случае наличие у поверхности сильного электрического поля может способствовать формированию конуса Тейлора, который может быть заморожен при уменьшении величины тока, в результате чего на поверхности образуется холм. Однако, проведенные расчеты увеличения температуры Л Т поверхности в области под острием не подтвердили этих ожидании. Из расчетов следует, что в случае металлов ожидаемое увеличение температуры слишком мало (не превышает нескольких десятых градуса), чтобы можно было им объяснить изменения морфологии поверхности. Поэтому попытка объяснения модификации поверхности исключительно термическим разогревом поверхности представляется слишком противоречивой.

Высокая напряженность электрического ноля, которая может доетнтаты'я в СТМ, способна, по мнению ряда авторов, привести к переносу часгнц между электродами вследствие десорбции или испарения полем даже при комнатной температуре. Ряд соображений заставляет скептически относиться к десорбции полем как основному механизму модификации поверхности.

Прежде всего, это величина ноля. Проведенные оценки показывают, что, например в случае золота, при приложении импульса, приводящего к модификации поверхности, иапряжеиностыюля не превышает 6В/пм. Причем это скорее завышенное значение, нежели заниженное, и тем не менее эта величина в несколько раз меньше, чем величина десорбирующего ноля /''г определенная методами автононной мнщюсконни. В случае золота, для которого получено большое количество результатов, Р =35 В/пм. Проведенный в настоящей работе анализ показал, что малостью промежутка между острием и образцом нельзя объяснить столь большое различие.

Другой аргумент, который также позволяет поставить механизм десорбции полем под сомнение, связан с независимостью практически хода процесса модификации от полярности прикладываемого импульса напряжения. Предположение о возможности десорбции с осгрнн отрицательно заряженных нонов представляется маловероятным.

Анализ показывает, что и поверхностная диффузия (ПД), стимулированная сильным электрическим полем, также не молот являться определяющей при модификации поверхности импульсом напряжения для таких систем как Лч-образец - IV- острие.

Авторами работ!,т [1] был предложен механизм возникновения особенностей на поверхности образца при приложении импульса напряжения вследствие контакта между иглой и поверхностью образца. Согласно их механизму улана начальной стадии импульса происходит образование электрического контакта менаду острием н образцом, подтверждающийся [имким уменьшением величины сопротивления туннельного промежутка Нту11- Затем, при отводе острия от поверхности (обратная связь в таких эксперимент!« обычно не отключается)

перемычка, образующаяся между иглой п образцом вследствие адгезии острия с поверхностью, вытягивается, и после ее разрыва образуется холм. Однако авторы не объясняют причины, по которым уже на начальной стадии импульса возникает контакт.

В конце главы в результате сопоставления особенностей модификации поверхности (форма и размеры образующихся наноструктур, зависимость вероятности модификации от параметров прикладываемого импульса и др.), опубликованных в различных работал, н анализа предлагаемых механизмов делается вывод, что для более полного понимания механизма модификации поверхности металла импульсом напряжения необходимо проведение исследовании процесса модификации в комплексе, поскольку можно полагать, что характеристики экспериментально]'! установки играют важную роль в атом процессе.

Третья глава посвящена описанию методик, использованных при выполнении данной работы.

Исследования проводились в сканирующем тутшашюм мш;|х)скоие обычной конструкции на воздухе при комнатной температуре. Изображение поверхности получалось в результате сканирования острия вдоль поверхности в режиме постоянного тока. Величина тока стабилизации регулировалась в пределах от О. / до 10.0 пЛ при напряжении смещения между острием и образцом от О В до 5 В обеих полярностей.

Острие изготавливалось из вольфрамовой проволоки диаметром 0.14 мм методом электрохимического травления переменным током в 4 % растворе МаОН.

Образец представлял собой пленку золота (толщиной ~ 1мкм), приготовленную методом вакуумного напыления на скол монокристалла КВг. Полученные образцы приклеивались к стеклу со стороны напыленного золота с помощью ппокепдиой смолы. После отвердения смолы образцы погружались в дистиллированную воду до полного растворения КВг. Электронограмма полученных золотых пленок свидетельствовала о гладкости и монокристалличностн поверхности.

Длительное пребывание образцов на воздухе зачастую приводило к загрязнению их поверхности, коатому для удаления крупномасштабных загрязнений образцы предварительно подвергались ультразвуковой очистке. Исследования методического характера [2] показали, что в случае мягкой кавитации происходило очищение поверхности от нылн без изменения топологии поверхности образца. Дальнейшие исследования проводились преимущественно на поверхностях, очищенных от макроскопических загрязнений с применением именно мягкого кавитацнопного режима.

Методика модификации поверхности образца импульсом напряжения заключалась в подаче, одиночных электрических прямоугольных импульсов длительностью от 1 М1;с до 1 л/е заданной полярности во время сканирования иглы вдоль поверхности. Напряжение смещения, прикладываемое к образцу,

имело ту же полярность, что и полярность импульса напряжения. Амплитуда импульсов варьировалась в пределах 0...10 В. Поскольку время реакции всей системы значительно больше длительности импульса, обратная связь во всех экспериментах не отключалась. После окончания модификации поверхности импульсами напряжения производилась запись кадра с получившимися наноструктурами.

Четвертая глава посвящена изложению полученных экспериментальных результатов и их обсуждению.

Как уже говорилось выше, к моменту начала настоящей работы был накоплен значительный материал но исследованию модификации поверхности металла в СТМ. Однако, имелось настолько большое разнообразие экспериментальных результатов, что существовала необходимость в воспроизведении части из них. Это было тем более необходимо, что во многих работах недостаточно четко были описаны условия экспериментов. Более того, некоторым характеристикам npu6oj»B авторы не уделяли должного внимания, ечнтая, что они не оказывают воздействия на происходящие процессы. Между тем, как оказалось, некоторые из шгх способны кардинально влиять па процессы, происходящие при модификации поверхности в СТМ. В связи с этим были исследованы зависимости модификации поверхности на одной экспериментальной установке, имеющей вполне определишь«: характеристики.

Воздействие на поверхность образца импульсом напряжения приводило к образованию наноструктур в виде холмов, причем наблюдался только одни вид образований - холмы. Их типичные размеры составляли: высота - 2...3 им, диаметр в основании - 20...30 им.

Образование холмов имело вероятностный характер. Вероятность их появления Р зависела от ряда параметров и имела норогообразнын характер. Из полученных зависимостей следует, что имеется значение напряжения U , ниже которого никаких изменении строения поверхности не происходит. При увеличении U вероятность /^возрастает н достигает насыщения. Значение амплитуды импульса напряжения, при котором вероятность достигает насыщения, обычно называют величиной порогового напряжения U . Уровень последнего зависит от начального расстояния игла-образец. Этот факт подтверждается наличием линейной зависимости между величиной вероятности образования холмов Р в насыщении и логарифмом тока стабилизации / .

В большинстве работ наблюдалась независимость ]>езультатов воздействия импульса напряжения от длительности импульса г . В наших экспериментах различий в образовании наноструктур при длительностях импульса от I мне до 1 л/б* также обнаружено пе было.

Проведенные эксперименты показали, что вероятность образования холмов зависела от полярности прикладываемого импульса напряжения. В случае, когда эмиссия электронов идет с поверхности образца на острие, зависимость вероятности образования наноструктур от амплитуды прикладываемого импульса напряжения несколько смещена в сторону меньших зиачений амплитуд

импульса по сравнению со случаем, коща эмиссия идет в обратном направлении (го острия в образец). Сдвиг составляет порядка 0.3 - 0.5В.

Как уже говорилось выше, наиболее реальным представляется возникновение особенностей на поверхности вследствие контакта острия с образцом, т.е. механизм предложенный авторами работы [1]. Для подтверждения наличия электрического контакта между иглой и образцом при модификации поверхности в данной работе впервые были проведены эксперименты по измерению падения напряжения на туннельном промежутке и^ [3]. Суп. метода заключается в одновременном измерении напряжений па эталонном сопротивлении, включенном последовательно в цепь пгла-обралец II (позволяющее судить о величине тока, протекающего в цепи), на туннельном промежутке острпе-образец 11' (характеризующее величину туннельного импеданса) и напряжения на ./^компоненте пьезоманппулятора ишгр- Это позволяет напрямую судить о наличии или отсутствии контакта игла-образец по сравнению с косвенным методом, основывающимся на измерении тока, протекающего через.измерительнуто систему.

Анализ полученных зависимостей показал, что при формировании на поверхности холма напряжение //^ в течение 7 мясвозрастает до некоторого значения, а затем в течение 1 мне (к сожалению данная величина определяется ограниченной полосой пропускания дифференциального усилителя -100кГц) спадает до пуля. Равенство 11 нулю соответствует режиму короткого замыкания. В момент, когда между острием н поверхностью образуется электрический контакт, на Пт наблюдается скачок напряжения ¿7^, величина которого соответствует току, протекающему в цени острие-образец - 2...4 и !. Затем напряжение 11 в течение 10... /00 мне остается рапным пулю, после чего начинается его рост до значения И , соответствующего режиму просмотра рельефа поверхности до подачи импульса напряжения.

Достаточно характерно и поведение напряжения на пьезокерамическом двигателе (1Хкгр, формируемого обратной связью следящей системы. Напряжение на керамике 11 г через 1...2 мне после подачи импульса напряжения начинает монотонно расти. В момент, когда достигает значения напряжения, соответствующего обычному туннельному режиму, Ч2 уменьшается на несколько вольт, что соответствует движению вершины острия на 0.5-1.0 тг по направлению к поверхности. При этом установившееся значение напряжения на -/^-координате пьезоманппулятора по величине превышает значение И7ггр до подачи импульса. Такое поведение Ч может быть объяснено тем, что на вершине острия после разрыва перемычки остается часть материала образца, форма которой является неравновесной, и в дальнейшем она сглаживается вследствие поверхностной диффузии.

Аналогичная картин;! в новедешш напряжений /7^, л и наблюдалась при модификации поверхности импульсом обратной полярности.

В случае, когда модификация рельефа поверхности после приложения импульса напряжения отсутствует, никакою контакта между острием и

образцом не наблюдается. Напряжение и повторяет форму импульса напряжения. Отсутствует и пик на зависимости V (I), который наблюдается только при образовании электрическою контакта шла -образец и соответствует импульсу тока в цепи при коротком замыкание. Из анализа зависимости следует, что обратная связь отрабатывает увеличение тока в цепи острие -образец, и после окончания импульса напряжение уменьшается до

первоначального значения.

Авторы работы [1] предположили, что причиной модификации поверхности образца является контакт, однако они не детализируют механизм, вследст вие

которого возникает контакт. Нам представляется, что причиной образования такого контакта может быть термическое расширение привершинной части острия вследствие повышения его температуры за счет энергии, выделяющейся при эмиссии электронов во время импульса напряжения [3-5].

О важности величины этой энергии свидетельствует экспериментальный факт, который заключается в следующем. Исследовалась вероятность модификации поверхности в зависимости от величины входного импеданса нредуенлнтеля СТ\] [6-9]. Последний изменялся путем подключения параллельно входу дополнительной емкости Из полученных результатов отчетливо видно, что увеличение <7 приводит к смещению зависимости вероятности модификации от амплитуды прикладываемого импульса в сторону меньших напряжении (рнс.1).

Обращает на себя внимание значительность изменения I/ . При С = 3150 пФ 17пдр составляет порядка 2 В, т.е. по сравнению со случаем Сх= О иФ (отсутствие дополнительной емкости) уменьшается почти в два раза. Такое поведение однозначно свидетельствует о том, что величина напряженности электрического поля у поверхности не является определяющим фактором для начала модификации поверхности импульсом напряжения. Из этого сразу следует, что механизмы, имеющие пороговый характер относительно напряженности электрического поля, такие как десорбция нолем пли

801

60

40

20

Р,

*Ж» А, • *

»гж»> А ■ •

ж* * / Ж«Ж А Ж

/ ♦/ у у

Ш сх=0рр

А С= 48рр

* Сх= 420рр

Ж Сх=3150рР

*— «а* *\

0 1 2 3 4 5 6

1-й ип* В

Рис. 1. Вероятность образования холмов от амплитуды импульса напряжения при различных значениях дополнительной входной емкости С.

поверхностная диффузия, стимулированная электрическим нолем, не являются основными при модификации поверхности подложки, поскольку уменьшение напряженности поля в два раза должно полностью блокирован) процессы, стимулированные полем.

Наблюдаемое смещение порога с увеличением £7 вполне соответствует предложенному механизму теплового расширения острия [3-7], поскольку наличие дополнительной С приводит к увеличению общего заряда, протекающего в цепи острие-образец.

Чтобы убедиться в возможности механизма модификации поверхности за счет термического расширения острия, необходимо оценить величину повышения температуры Т за время импульса напряжения. Эта величина напрямую связана с распределением поля у поверхности электродов. В связи с этим были проведены расчеты распределения поля в промежутке между острием и образцом при различных величинах межэлектродпого расстояния S [5]. Из полученных результатов следует, что при уменьшении расстояния между острием и поверхностью образца происходит умеш>шение эмитирующей площади. При этом следует особо подчеркнуть, что при панометровых расстояниях между острием и образцом плотности тока и площади, с которых эмитируются электроны, при обеих полярностях приблизительно одинаковы, т.е. система практически симметрична относительно знака потенциала.

При соотношении <р > U потенциальный барьер для электронов в промежутке острие-образец имеет форму, близкую к трапециевидной, особенно при минимальных напряжениях модификации. Это обстоятельство приводит к отличным от случая автоэлектронпой эмиссии распределению эмитированных электронов по энергиям, зависимости тока от напряжения и, что самое главное, к другой величине эперпш, выделяющейся при эмиссии электрона на эмиттере. В связи с этим были проведены расчеты эмиссионных характеристик для случаи трапециевидного барьера [10].

Расчеты для случая трапециевидного барьера показали, что эмиссионные характеристики в этом случае существенно отличаются от имеющихся при автоэмиссии. Главными отличиями являются менее сильная зависимость эмиесиошгого тога от напряжения, а также существенно более высокое значение оперши, выделяющейся при эмиссии электрона на эмиттере. Это приводит к тому, что при понижении напряжения между острием и подложкой несмотря на уменьшение эмиссионного тока выделяемая энергия меняется не столь существенно, как это имело бы место при автоэмиссиошюм режиме. Все это приводит к тому, что несмотря на уменьшение тока общее количество выделяемой энергии может не измениться. Этим обстоятельством и может быть объяснено значительное изменение порогового напряжения при подключении дополнительной емкости С.

Проведенные расчеты поля позволили рассмотреть тепловые режимы острия и поверхности. Как будет показано ниже, уже при нагреве пя Л Т ~ 100 К удлинение острия сравнимо с межэлектрод1шм зазором. Поэтому можно считать

все элементы достаточно "холодными". В этом случае основным источником нагрева эмитгнрудощей области является эффект Нотптгама. Источники энергии можно считать поверхностными при тех больших временах, которые реализуются в экспериментах, поскольку глубина нагревания значительно превышает размеры области энерговыделешш. Температура острия достаточно сильно зависит от формы еш привершинной области. Для оценок мы полагали, что острие имеет форму цилиндра с полусферой радиусом /? на конце.

Эмиссия каждого электрона приводит к выделению энергии: для и>ф (случай автоэлектроиной эмиссии)

- лкУ

для и<ф (мучай трапециевидного барьера)

я2кТ

вш!

{яШ{<р)) 1 (¡{<р)кТ

еи-

й{ср).

к

ехр(- еЮ(р))

ът(лкТс1((р)) (/(¡р)кТ

где (¡{(р)=

ПеР

9.76x10^^

2(2 т<р)У^(у) рУ^(у)

ё(у) ' табулированная функция,

у = '> /у , <р- работа выхода электрона, Г- напряженность ноля,к- постоянная

Больцмана, Т - температура, с - заряд электрона, £/ - напряжение между электродами.

Повышение температуры в поверхностной области составляет:

Д7' =

1е

,¡1

2 У

елрК схп

где I - ток, ! - время, с - коэффициент теплопроводности, р - плотность материала острия, х ' коэффициент температуропроводности.

Поскольку, как было сказано выше, в случае трапециевидного барьера величина энергии Нотптгама, выделяющейся при эмиссии электрона на эмиттере, имеет более высокое значение по сравнению с автоэмиссионным случаем то оценки изменения температуры острия проводились с использованием значения энергии Нотптгама для автоэлектронной эмиссии.

Удлинение острия вследствие термического разогрева пропорционально времени н имеет вид

=-

елрК с

где а-коэффнциент линейного расширения. В случае острия из вольфрама уже при токе 0.1 мкЛ за время менее 100 пс происходит расширение острия на величину, превышающую ширину туннельного промежутка.

Следует отметить, что даже незначительное удлинение острия приводит к усилению ноля на его вершине ввиду малости начального расстояния игла-оорплеи, к резкому увеличению тока эмиссии и скорости нагрева. С учетом этого обстоятельства процесс приобщает лавинообразный характер. Нагревание по,чдожки в этом режиме пренебрежимо мало и в наших условиях не превышает десятых градуса.

В случае обратной полярности, образование электрического контакта также можно объяснит!) термическим расширением нривернппшой части острия. При положительном потенциале на нгле (относительно образца) эмиссия электронов идет с плоскости на острие. Нагрев самой плоскости за счет эффекта Ноттлпглма пренебрежимо мал. Однако, электроны, приходящие на острие нагревают его за счет дополнительной энергии приобретенной ими в ноле. Соответствующее изменение температуры:

£3 1 — ^

[ ^/>cR2(jt)í ]

Так кап глубина прогрева пропорциональна 1,/2, то удлинение острия по-прежнему пропорционально времени. Плотность тока бомбардирующих острие электронов при положительном напряжении должна быть несколько меньше, чем при эмиссии электронов с острия. Это связано с двумя причинами: (i) несколько меньшей (па проценты) величиной напряженности поля у плоской поверхности, (Л) наличием тангенциальной составляющей екорхтн у элигшруемых электронов. Последнее приводит к некоторому увеличению площади, облучаемой электронами. Однако это уменьшение плотности тока с лихвой компенсируется

увеличением выделяемой каждым электроном энергии (в eU¡Sv раз).

Различие может состоять только в скорости развития процесса. Однако его лавинообразный ход приводит к тому, что за времена более короткие, чем использовались в экспериментах, образуется контакт между ост рием и образцом.

Таким образом, можно представить себе следующий механизм образования нсоднородностей на поверхности образцов. Уже в начальный момент импульса величина тока эмиссии достигает критического значения, начиная с которого происходит существенное увеличение Т на вершине острия. Это вызывает сокращение вакуумного промежутка, возрастание напряженности ноля и дальнейшее увеличение тока. В конечном итоге это приводит к смыканию вакуумного промежутка, а в предельном случае возможно даже вдавливание острия в образец. В дальнейшем, поскольку обычно обратная связь в таких экспериментах не отключает«!, спустя /... /Омгсс начинается отвод острия от поверхности. Оп закапчивается разрывом образовавшегося мостика, если имеется хорошая адгезия между острием и iiouepxiiocii.ro образца.

Предлагаемый механизм позволяет объяснить нрактнческн все особенности образования на поверхности металла неоднородностей при приложении импульса напряжения. Прежде всего размеры образующихся таким образом наноструктур будут определяться формой острия, а поскольку методика приготовления острий у большинства исследователей стандартная, то и размеры наноструктур приблизительно у всех одинаковы. Во-вторых, результат воздействия будет зависеть от ряда причин: от формы вершины острия; от начальною расстояния пгла-обрязещ от коэффициента смачиваемости острия материалом подложки, который будет определять форму образующихся наноструктур; от характеристик используемой электроники, определяющих значение порогового напряжения. Одинаковое развитие процесса при разных полярностях является следствием симметрии системы, а наблюдаемое при разных полярностях небольшое различие в значениях и объясняется несколько большей величиной энергии выделяемой каждым элект!>оном при эмиссии из образца в иглу.

В заключении отмечается, что модификация поверхности за счет неуправляемого процесса, каким является термическое расширение, не является удобным для создания на поверхности субатомных структур контролируемых размеров. Необходимо перейти в другой режим. Наиболее подходящей для этих целей является десорбция нолем. Однако для се осуществления необходимы поля более высокой напряженности. Переход в этот режим возможен только в том случае, если удастся уменьшить термический разотрет! острия, ограничив протекающий в цепи острис-образсц ток. В связи с этим представляется актуальным изучение механизма модификации импульсом напряжении поверхностей полупроводниковых и диэлектрических пленок, нанесенных на металлическую подложку, и сопостанленне результатов с данными, подученными при исследовании металлических образцов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Экспериментально изучено влияние различных 4'акторов (полярности, длительности, амплитуды импульса напряжения, начального расстояния мс;кду иглой и поверхностью образца) на вероятность модификации поверхности пленки золота. Полученные результаты подтверждают особенности процесса модификации, которые ранее отмечались рядом авторов. Показано, что при эмиссии электронов из образца величина порогового напряжения на ~ 0.5 В меньше, чем в случае обратной полярности.

'2. Проведенные измерения падения напряжешш на туннельном промежутке показали, что при модификации поверхности уже в начале импульса возникает электрический контакт между острием и образцом.

3. Экспериментально показано, что величина порогового напряжения существенно зависит от характеристик используемой электронной схемы. Увеличение входной емкости приводит к значительному (в два и более раз) понижению напряжения, необходимого для модификации поверхности. Это

обстоятельство позволило заключить, что определяющем для процесса модификации величиной является количество заряда, протекающего в цепи острие-образец. Из этого же экспериментального факта однозначно следует, что механизмы, основанные на влиянии электрического ноля на поведение частиц (десорбция нолем, поверхностная диффузия, стимулированная нолем), не являются главными в процессе модификации поверхности импульсом напряжения.

4. Проведенные расчеты распределения электрического ноля ири малом промежутке между острием и образцом показали следующее:

— при уменьшении расстояния между электродами происходит существенное уменьшение эмитирующей площади;

— система острие-образец практически симметрична относительно знака потенциала, отличие состоит лишь в том, что величина напряженности поля у поверхности плоского образца отличается всего лишь на несколько процентов от таковой у вершины острия.

5. Проведенные расчеты эмиссионных характеристик для случая трапециевидного потенциального бартера для электронов показали наличие существенных отличии от случая, соответствующего автоэлектронной эмиссии. Основные из них заключаются к следующем:

— зависимость эмиссионного тока от напряжения значительно слабее;

— при трапециевидном барьере увеличивается энергия выделяемая на острие за счет эффекта I¡опингама.

6. Предложен механизм образования электрического контакта между острием и образцом при приложении импульса напряжения, который заключается в том, что в результате разогрева вершины острия за счет протекающего в цепи ///:/а-образец тока происходит ее термическое расширение и соответствующее сокращение промежутка игла-образец.

7. При ультразвуковой очистке поверхности в режиме мягкой кавитации не происходит каких-либо изменении морфологии поверхности. Появление нарушении наблюдается при жестком режиме.

ЛИТЕРАТУРА

[1] J.I. Pascual, Л. Meudez, J. Gomez-Herrero, A.M. Ваго, N. Garcia, Vu Tliien Birili. Quantum contact in gold nanostruchires by scanning tunneling microscopy// Phys. Rev.Lett.-1903.-V.71.-P.1852-1855.

[2] Г.Г. Владимиров, A.B. Дроздов, В.В. Дмитриев. Влияние ультразвуковых колебаний на морфологию поверхности пленки золота//Письма в ЖТФ. -1995.-Т.21. -№11. - С.24-27.

[3] G.G. Vladimirov, A.V. Drozdov. Surface modification by the voltage pulse in a scanning tunneling microscope// J. Vac. Sci. Technol. В -1997. -V. 15(2). -P.482-488.

[4] Г.Г. Владимиров, A.B. Дроздов, Л.М. Баскии. О механизме модификации поверхности в сканирующем туннельном микроскопе под воздействием импульса напряжения// Письма в ЖТФ.-1995.-Т.21. -№11. - С.66-71.

[5] L.M. Baskm, A.V. Drozdov, G.G. Vladimirov. The thermal expansion as a possible mechanism of nanofabrication// Surf. Sei. -1996.- V.369.- P.385-392.

[6] Г.Г. Владимиров, A.B. Дроздов, А.П. Резанов. Об изменении порогового напряжения при формировании наноструктур на пленке золота в сканирующем туннельном микроскопе// Письма в ЖТФ. -1996. - Т.22. -Л» 18. -С.67-71.

[7] G.G. Vladimirov, A.V. Drozdov. About a change of the threshold voltage at nanostrncture formation in the scanning tunneling microscopy// Proceeding of 9-111 Intern. Vac. Microelectr. Conf, St.Petersburg, Russia.- 1996.- P.453-457.

[8] Г.Г. Владимиров, A.B. Дроздов. Изменение строения поверхности в СТМ в результате воздействия электрического ноля// Всероспнекое рабочее совещание "Зопдовая мпкроскопш-97", Ннжний-Новгород, Россия. -1997. -сборник докл. - С.49-71.

[9] Г.Г.Владнмнров, A.B.Дроздов. Изменение строения поверхности в СТМ в результате воздействия электрического поля//Поверхность. - 1998. -№2. - С.111-124.

[10] G.G.Vladimirov, A.V.Drozdov, N.E. Linkov. Nottingham effect for trapezoidal potential barrier// Phys.Low-Dem. Struct.- 1996.-V.7/8. P.127-135.

[11] Г.Г Владимиров, A.B. Дроздов, U.E. Линьков, JI.H. Чубарь. Особенности модификации поверхности олова импульсами напряжения в СТМ на воздухе/ Bcepocn/icKoe рабочее совещание "Зондовал мпкроекотт-98", Ннжний-Новгород, Россия. - 1998. - сборник докл. -С.45-51.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научно-исследовательский институт физики

На правах рукописи

ДРОЗДОВ АНДРЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ИМПУЛЬСОМ НАПРЯЖЕНИЯ В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ

Специальность 01.^4.07 - Физика твердого тела

ДИССЕРТАЦИЯ

/

на соискание ученой степени кандидат физико-математических наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Г.Г. Владимиров

Санкт-Петербург 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ...................................................................................4

ГЛАВА 1.ОСОБЕННОСТИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА ИМПУЛЬСОМ НАПРЯЖЕНИЯ В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ....................................13

1.1. Форма и размеры образующихся наноструктур...........................................................13

1.2. Зависимость вероятности образования наноструктур от параметров импульса напряжения............................................................................................................................... 19

1.3. Влияние внешних факторов и другие особенности процесса наномодификации

поверхности металла в сканирующем туннельном микроскопе,'...........................................23

ГЛАВА 2.АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА В СКАНИРУЮЩЕМ ТУННЕЛЬНОМ МИКРОСКОПЕ...........................................29

2.1. Термический разогрев образца за счет диссипации энергии электронов............29

2.2. Механизм десорбции в сильном электрическом поле...............................................32

2.2.1. Модель сил зеркального изображения...............................................36

2.2.2.Модель обмена зарядами...........................................................................38

2. 2. 3 .Особенности десорбции полем в СТМ.................................................40

2.3. Поверхностная диффузия, стимулированная полем..................................................47

2.4. Контакт острия с поверхностью образца................................................................50

ГЛАВА 3.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА............................................................................54

3.1. Экспериментальная установка.....................................................................................54

3.2. Методика приготовления игл и образцов..................................................................64

3.3. Ультразвуковая очистка образцов..............................................................................65

3.3.1.Методика ультразвуковой очистки......................................................69

3.4. Методика модификации поверхности............................................................................78

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ................................................................80

4 .1. Модификация поверхности пленок золота импульсом напряжения в СТМ..............80

4.2. Механизм модификации поверхности..........................................................................89

4 . 2.1. Расчеты поля в пространстве между острием и образцом... 95

4.3. Эффект Ноттингама при трапециевидном барьере...................................................103

4. 3.1.Модель потенциального барьера.........................................................103

4 . 3 . 2. Прозрачность трапециевидного барьера для электронов.... 105

4 . 3. 3 .Плотность тока.............................................................................................110

4.3.4. Энергия Ноттингама...................................................................................112

4.4.Термическое расширение как возможный механизм модификации поверхности......................................................................................................................117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................120

ВЫВОДЫ.................................................................................................................................122

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................................125

0Б1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

В последнее время широкое развитие получила физика низкоразмерных структур. Интерес к этой области обусловлен потребностью дальнейшего усовершенствования элементной базы существующих электронных приборов и создания принципиально новых. Уже сейчас ясно, что близко то время, когда на поверхности твердого тела будут создаваться (собираться из отдельных частиц или атомов) искусственные структуры атомных размеров с особыми физико-химическими свойствами, которые станут основой элементной базы новых электронных приборов. Принципы работы таких приборов будут базироваться на физических процессах, имеющих место в элементах с атомными размерами, что по существу, означает переход от микроэлектроники к наноэлектронике.

Достижения физики низкоразмерных структур открывают широкие перспективы перед технологией XXI века - нанотехнологией. Уже сегодня очевидно, что применение нанотехнологии позволит решить ряд важных проблем. Во-первых, должно значительно сократиться количество используемого при производстве электронных приборов материала. Во-вторых, уменьшение физических размеров приборов должно привести к значительной экономии потребляемой электроэнергии. В-третьих, использование наноэлементной базы при создании электронных приборов должно резко увеличить их быстродействие. Возможности увеличения быстродействия приборов, работающих на основе дрейфо-диффузионного переноса носителей, сейчас уже практически исчерпаны.

Наряду с дальнейшим усовершенствованием хорошо известной планарной технологии, основывающейся на многостадийной микролитографии (процесс

многократно повторяющейся литографии на различных технологических этапах с целью изготовления полупроводниковых приборов и полупроводниковых интегральных микросхем), все большее внимание привлекают методики, использующие сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ).

Первые СЗМ основывались на эффекте туннелирования электронов между острым зондом и проводящей поверхностью исследуемого объекта. На практике, это впервые было продемонстрировано Бинингом и Роэром, создавшими сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и получившие с его помощью изображение поверхности с атомным разрешением [1]. Современные СЗМ уже позволяют визуализировать фактически любые поверхности, используя электронные, магнитные, оптические и даже механические эффекты взаимодействия зонда с поверхностью [2]. Так, магнитный силовой микроскоп позволяет получить изображение магнитной структуры поверхности, микроскоп атомных сил (MAC) - рельеф непроводящих поверхностей, а сканирующий термический - детектирует температурный профиль поверхности с чувствительностью 10 К и выше. Причем современные СЗМ безотказно работают в

жидкостях, на воздухе, в сверхвысоком вакууме при температурах от нескольких градусов до сотен градусов Кельвина. Простота изготовления и уникальные возможности СЗМ при работе с атомным разрешением позволили ему стать неотъемлемой частью многих физических, химических и биологических лабораторий мира. По сути дела зондовые микроскопы являются многофункциональными приборами для исследования как топографии поверхности, так и совокупности механических, электронных и магнитных свойств поверхности с субнанометровым пространственным разрешением. Впоследствии, сканирующий туннельный микроскоп претерпел эволюцию от оригинального и мощного инструмента для изучения рельефа проводящей поверхности с атомным разрешением до устройства, позволяющего

модифицировать не только форму поверхностных структур (вплоть до манипулирования отдельными атомами), но и изменять локальные физико-химические свойства материала исследуемого образца [3].

В настоящее время, сканирующая зондовая микроскопия как метод исследования и воздействия на поверхность быстро развивается. За прошедшие почти двадцать лет с момента своего изобретения СЗМ внедрен в практику научных исследований, используется на производстве для контроля выхода годных изделий микроэлектроники, в прикладных исследованиях в химии и биологии [2,4]. Среди всего семейства СЗМ особо стоит выделить сканирующие туннельный и атомно-силовой микроскопы, с помощью которых наблюдаются отдельные атомы, молекулы и осуществляются направленные манипуляции с ними.

Применение сканирующих зондовых микроскопов в нанотехнологии дает ряд неоспоримых преимуществ. Стало реальным достижение физически минимального размера создаваемых структур - атомного. Малое напряжение между зондом и исследуемой поверхностью дает еще одно важное преимущество - низкую величину энергии падающих на поверхность частиц, что повышает разрешающую способность метода и значительно снижает вероятность образования дефектов. Последнее особенно существенно для наноэлектронных приборов, имеющих размеры, сравнимые с атомными, в которых появление даже небольшого количества нарушений способно привести к полному изменению электрических характеристик. Немаловажным является то обстоятельство, что имеется реальная возможность использовать СЗМ не только для нанесения заданного рисунка на поверхность твердого тела, но и для контроля и тестирования физико-химических свойств образующихся наноструктур применяя локальный анализ изучаемой поверхности. Причем это может осуществляться непосредственно в ходе изготовления элементов. Таким образом, появляется

возможность оперативного изменения режимов технологического процесса, что должно позволить резко поднять процент выхода годных изделий.

Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Методами современной нанотехнологии в настоящее время созданы опытные модели действующих туннельных диодов [5], одноэлектронных транзисторов [6,7] и других элементов электронных схем, которые в будущем, возможно, заменят ныне существующие. По мнению многих исследователей, новое поколение устройств памяти длительного хранения будет зависеть от быстродействия СТМ и микроскопа атомных сил (MAC). Предсказывается большой выигрыш при использовании СТМ или MAC в устройствах записи и

считывания информации с жестких дисков. Оценка плотности записи составляет для

14 2 9 2

СТМ около 10 бит/см , а для MAC - 10 бит/см [8]. Недавно сотрудниками

исследовательского центра IBM в Калифорнии (IBM Almadel Research Center) был продемонстрирован прототип устройства на основе СТМ, позволяющий производить чтение/запись информации со скоростью 8хЮ6 бит/сек [8], что превышает возможности современных CD-ROM дисков на несколько порядков.

Однако, доведение методов модификации поверхности с помощью СЗМ до уровня технологии, позволяющей с высокой надежностью и воспроизводимостью создавать элементы нужной конфигурации с малыми линейными размерами, требует ясного понимания происходящих при этом физических процессов. В настоящее время существует несколько способов модификации поверхности с использованием СТМ. Основные из них можно условно разделить на три типа: механический, химический и под действием сильного электрического поля.

Экспериментально первый тип модификации поверхности является наиболее простым и связан с принудительным вдавливанием острия в образец. В результате такого вдавливания, как было показано в [9,10], на поверхности кремния формируются

лунки. Авторам [11] методом прессования удалось воспроизводимо наносить платиновым острием на золотой подложке лунки с диаметром до 20 нм. Однако, несмотря на достигнутые результаты, отношение к такому методу создания неоднородностей на поверхности твердого тела остается скептическим, поскольку использование механического контакта, при многократном повторении операций, может привести к необратимому изменению формы острия.

Вторая возможность модификации поверхности связана со стимулированием химических реакций на поверхности образца туннельным током, протекающим между острием и подложкой, что приводит к образованию оксидных и других химических соединений.

Третий метод заключается в том, что в заранее определенный момент времени повышается напряжение между острием и подложкой. В результате такого воздействия в области поверхности под острием происходит изменение морфологии или химического состава поверхности.

К настоящему времени проведено довольно большое количество исследований модификации поверхности металла импульсами напряжения [3,12]. Предложены разнообразные механизмы взаимодействия иглы СТМ с поверхностью, такие как термический разогрев поверхности образца [13-15], полевое испарение [16-20], электрический контакт острие-образец [21,22], электронно-стимулированная десорбция [23], электромиграция [24], стимулированные полем химические реакции [25,26], сублимация, индуцированная туннелированием электронов [27], и другие. Однако, окончательно понять физику процессов, приводящих к изменению морфологии поверхности, пока не удалось.

Цель и задачи

Исходя из сказанного выше, целью настоящей работы являлось исследование физических процессов, протекающих при модификации поверхности металла импульсом напряжения в сканирующем туннельном микроскопе сильным электрическим полем, и изучение механизма, отвечающего за такую модификацию.

Цель работы определила следующие основные задачи исследования:

- изучение зависимости вероятности образования наноструктур от амплитуды, полярности и длительности импульса напряжения в конкретных экспериментальных условиях и сопоставление полученных результатов с известными из литературы;

- изучение зависимости вероятности образования наноструктур от амплитуды импульса напряжения для различных значений величины импеданса туннельного промежутка;

- выяснение и теоретическое обоснование механизма модификации поверхности металла в сканирующем туннельном микроскопе сильным электрическим полем, исследование физических характеристик, определяющих ход процесса модификации.

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в том, что в рамках настоящего исследования на основании проведенных экспериментов и теоретических расчетов было получено следующее:

1. Впервые был предложен механизм образования контакта между острием и поверхностью металлического образца, который основан на термическом расширении привершинной части острия за счет протекающего в системе острие-образец тока. Образование контакта в свою очередь приводит к модификации поверхности металла в СТМ. Предлагаемый механизм позволяет непротиворечивым образом объяснить

экспериментальные данные, полученные при изучении модификации поверхности в СТМ в результате приложения импульса напряжения.

2. Проведены расчеты напряженности электрического поля для СТМ системы игла-образец при малых расстояниях между электродами. Полученные результаты позволили рассмотреть тепловые режимы острия и поверхности.

3. Проведены эксперименты, подтверждающие, что приложение импульса напряжения приводит к образованию омического контакта между иглой и образцом. Его наличие свидетельствует в пользу предлагаемого механизма термического расширения привершинной части острия.

4. Впервые обнаружена сильная зависимость величины критического напряжения, ниже которого изменение морфологии поверхности не наблюдается, от количества протекающего заряда в цепи игла-образец.

5. Проведены расчеты эмиссионных характеристик в случае трапециевидной формы потенциального барьера для электронов. Показано, что энергия, выделяемая на острие при эмиссии электрона за счет эффекта Ноттингама, в случае трапециевидной формы барьера существенно выше по сравнению со случаем автоэлектронной эмиссии.

Таким образом, в результате проведенных расчетов и экспериментальных исследований получены новые научные результаты, которые позволили сформулировать основные защищаемые положения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Защищаются экспериментальные результаты, свидетельствующие о наличии электрического контакта между острием и поверхностью металла при приложении импульса напряжения, амплитуда которого превышает пороговое значение.

-112. Определяющим фактором в процессе модификации поверхности металла импульсом напряжения является величина количества заряда протекающего в цепи острие-образец.

3. В случае трапециевидной формы барьера энергия, которая выделяется на острие при эмиссии электронов за счет эффекта Ноттингама, имеет значительно большую величину по сравнению с выделяющейся при автоэлектронной эмиссии.

4. Распределение поля в системе острие-образец при расстояниях много меньших радиуса кривизны острия таково, что площади эмиссии и плотности тока как при эмиссии электронов из иглы, так и при эмиссии с образца примерно равны, чем и объясняется отсутствие существенной зависимости вероятности модификации поверхности металла от полярности импульса напряжения.

5. Механизм образования электрического контакта между острием и образцом в сканирующем туннельном микроскопе при приложении импульса напряжения заключается в термическом расширении привершинной части острия за счет ее разогрева током, протекающем в цепи игла-образец.

6. При ультразвуковой очистке поверхности в режиме мягкой кавитации не происходит каких-либо изменений морфологии поверхности. Появление нарушений наблюдается при жестком режиме.

Степень достоверн�